近日，北京化工大学杨小平、隋刚教授课题组在国际知名期刊Small Methods（影响因子：15.367）上发表题为“In-situ constructing ultrathin, robust-flexible polymeric electrolytes with rapid interfacial ion transport in Lithium Metal Batteries”的研究工作。本工作于室温下，在三维柔性的无机纳米纤维骨架中原位聚合1,3-二噁烷（DOL），不需要引入任何额外的引发剂或增塑剂，获得了一种新型超薄、刚柔并济的有机无机复合电解质。该电解质具有快速的离子传输界面和离子扩散能力。分子动力学模拟验证了这种促进Li⁺传输的性质。因此，所设计的电解质具有良好的循环性能。结果表明，该复合电解质在LiFePO₄//Li电池中具有良好的高温（90^oC）工作能力，并且可匹配高压LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂正极，同时具有良好的抗机械滥用特性。本研究为构建一种实用的聚合物电解质以制备安全、高性能的锂金属电池（LMBs）提供了一种有效的方法。

固态聚合物电解质的使用提高了LMBs的安全性，但仍然存在固体电解质/电极界面接触不良，Li⁺输运不足，Li⁺沉积不均匀的问题，影响LMBs的实际应用。因此，迫切需要设计开发出具有三维快速的离子传输界面的电解质，可实现Li⁺的快速输运和均匀稳定的沉积。本工作中，采用高强度的三维柔性二氧化硅（SiO₂）纳米纤维膜（ISN）为骨架材料，通过调节LiDFOB和DOL的比例来实现前驱体溶液在室温下的有效聚合，无需引入额外的引发剂或增塑剂，可获得外观呈透明且厚度低至34 μm的柔性电解质。从核磁共振-氢谱的结果可推出，聚合物电解质中残留未聚合的DOL单体仅为7%，电解质更接近固态而不是凝胶态，有效提升其耐高温能力，在160^oC的高温下静置2天仍保持稳定的开路电压。由于PDOL、LiDFOB盐和SiO₂纳米纤维三者之间的相互作用，以及ISN骨架的高比表面积，使得复合电解质具有高的离子迁移数（t⁺，0.74），内部展现出快速的导离子界面和提升的离子扩散能力，且与电极形成了非常稳定的界面。分子模拟辅助解释了高t⁺、快速的界面离子传输和良好的机械强度的内在成因。 

基于电化学阻抗谱和恒电流间歇滴定分析得出复合电解质具有更高的离子扩散系数，这有利于锂离子的快速扩散，提升电化学反应进程。为了进一步分析该电解质的这一特性，采用分子模拟技术探索了电解质内部各组分之间的相互作用，结果表明，与体相的PDOL聚合物电解质相比，PDOL和SiO₂纳米纤维界面间的离子扩散系数更高，具有快速的导离子特性。同时ISN骨架的引入，促进了PDOL链段的运动，有利于离子的传输，这与其低的玻璃化转变温度相符。相比于Li⁺，阴离子与SiO₂的相互作用更强，因此ISN会倾向固定阴离子，限制其移动，使得内部更多的自由Li⁺移动，因此，该复合电解质具有高的t⁺。结果表明，t⁺的增加有利于Li⁺的快速补充，从而实现电池稳定、快速的充放电行为。上述特性对电池的循环性能和速率性能有重要影响。电解质最终表现出出色的电化学行为，在0.5 mAh cm^-2电流密度下，组装的锂对称电池稳定循环长达2000 h，且具有极低的极化电压。LFP//Li和NCM811//Li纽扣电池表现出优异的循环性能。即使温度高达90^oC，LFP//Li纽扣电池仍然可以正常工作。组装的NCM811//Li软包电池具有优良的抗机械滥用特性。本研究通过构建新型且易于工业化的聚合物电解质材料，为制备高安全、高性能的LMBs提供了一种有效的技术方法。

   该文章第一作者为北京化工大学材料学院博士研究生陈栋莉，隋刚教授为本文通讯作者。北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。